Projekt prostego eksperymentu laboratoryjnego pozwalającego uzyskać niektóre współczynniki kinetyczne procesu nitryfikacji w modelu asm3

Abstract

W pracy zaprezentowano projekt prostego eksperymentu laboratoryjnego przeprowadzonego w 2 reaktorach wsadowych pozwalającego uzyskać niektóre współczynniki kinetyczne (różnice stałej przyrostu i obumierania nitryfikantów oraz stałą nasycenia tlenem rozpuszczonym) procesu nitryfikacji w modelu ASM3 , za pomocą pomiaru stężenia azotu azotanowego. Przedstawiono teoretyczne podstawy eksperymentu oraz wyniki symulacji uwzględniające błędy pomiaru wykonane w programie SciLab. Wyniki symulacji porównano z przewidywaniami teoretycznymi.
Autor: Kamil JANIAK

1. Wstęp

1.1. Ogólny zarys problemu

Metoda osadu czynnego jest najpowszechniej stosowaną metodą oczyszczania ścieków tak komunalnych jak i przemysłowych. Od dawna więc próbowano stworzyć matematyczny model zachowania osadu czynnego. Możliwość wykorzystania takiego modelu do symulacji i przewidywania zachowania biomasy osadu czynnego otwiera zupełnie nowe możliwości, umożliwiając prognozowanie zachowanie oczyszczalni po wprowadzeniu najprzeróżniejszych zmian w procesie. Jednym z najnowszych i najlepszych modeli osadu czynnego jest model ASM3 (activated sludge model 3). Jest to model symulujący tlenowe oraz anoksyczne procesy zachodzące w osadzie czynnym. Jedną z podstawowych wad tego modelu (jak również pozostałych) jest duża ilość współczynników kinetycznych, charakterystycznych dla każdej oczyszczalni i jej osadu czynnego. Utrudnia to znacznie implementację modelu. Najpopularniejsze rozwiązanie tego zagadnienia zakłada opomiarowanie oczyszczalni, zebranie bardzo dużej ilości danych i na ich podstawie wyznaczenie wszystkich współczynników. Zadanie to jest pracochłonne i kosztowne. Pewnym ułatwieniem jest fakt, że niektóre współczynniki mają większy wpływ na wyniki symulacji niż inne. Do takich współczynników należą współczynniki opisujące proces nitryfikacji. Istnieje, więc potrzeba poszukiwania prostych sposobów wyznaczenia tych współczynników. W pracy zaprezentowano projekt eksperymentu pozwalającego obliczyć następujące współczynniki:
a) różnice stałej szybkości przyrostu i stałej obumierania nitryfikantów(μA-ba).
b) stałą nasycenia tlenem rozpuszczonym bakterii nitryfikacyjnych(KA,O).

Stałe te mają fundamentalne znaczenie. Pierwsza opisuje prędkość przyrostu biomasy nitryfikantów ( prędkość nitryfikacji ), a tym samym determinuje minimalny wiek osadu, pozwala oszacować jakość ścieków oczyszczonych. Druga stała odpowiada za wpływ stężenia tlenu na proces nitryfikacji, pozwalając tym samym oszacować optymalne stężenie tlenu. Do obliczenia tych współczynników przewidziano wykorzystanie pomiarów azotu azotanowego. Ta forma azotu w przypadku zachowania odpowiednich warunków jest praktycznie niewykorzystywana przez bakterie osadu czynnego, pozwala więc badać kinetykę nitryfikacji z dobrą dokładnością.